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高中 | 串并联电路电流、电压、电阻、功率题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第二章 恒定电流
2.4 串联电路和并联电路
串并联电路电流、电压、电阻、功率
某小组查阅资料得知,在$0\sim 100^\circ\rm C$范围内,金属铂电阻的阻值与温度有如下关系:$R_{t}=R_{0}(1+\alpha t)$,其中$R_{0}$为铂电阻在$0^\circ\rm C$时的电阻,$t$为摄氏温度,$\alpha$为一正的常数,称为铂电阻的温度系数。该小组想利用这一原理制作一个简易的温度传感器。
他们利用图甲所示电路来测量$R_{0}$的阻值,其中定值电阻$R_{1}=R_{2}$且远大于$R_{t}$和$R_{p}$,按图甲连接好电路后,在$0^\circ\rm C$的条件下闭合开关$\rm S$,调节电阻箱$R_{p}$,当$R_{p}=50.0\;\rm \Omega$时灵敏电流计$G$的示数为零,则$R_{0}=$ $\;\rm \Omega$;
在$0^\circ\rm C$的条件下闭合开关$\rm S$,调节电阻箱$R_{p}$,当$R_{\rm p}=50.0\;\rm \Omega$时灵敏电流计$G$的示数为零,则$\dfrac{R_{1}}{R_{2}}=\dfrac{R_{0}}{R_{{p}}}$
解得$R_{0}=50\Omega$。
他们随后用图乙电路测量铂电阻的温度系数,其中定值电阻$R_{1}=R_{2}$且远大于$R_{t}$和$R_{p}$,将铂电阻置于温度为$t$的环境中,调节$R_{ p}=R_{0}$,测得干路电流为$I_{0}=3.00\;\rm mA$,则图乙中$B$、$D$两点间的电压为$U_{BD}=$ (用$I_{0}$、$R_{0}$、$t$和$\alpha$表示);多次改变温度$t$,保持$R_{\rm p}=R_{0}$不变,调节滑动变阻器,使得电流表示数保持为$I_{0}$不变,测量$B$、$D$两点间的电压$U_{BD}$,将测得的数据标在图丙所示的$U_{BD} − t$图上,由此可得$\alpha=$ $^\circ\rm C^{-1}$(保留两位有效数字);
由于定值电阻$R_{1}=R_{2}$且远大于$R_{t}$和$R_{ p}$,调节$R_{p}=R_{0}$,则流过$R_{1}$、$R_{2}$的电流均为$\dfrac{1}{2}I_{0}$,则有$U_{BC}=\dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}(1+\alpha t)$
$U_{DC}=\dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}$
解得$U_{BD}=U_{BC}-U_{DC}=\dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}\alpha t$
将用一条倾斜的直线将图丙补充完整,如下图所示
根据图像斜率结合$U_{BD}=\dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}\alpha t$可知
$k=\dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}\alpha=\dfrac{75\;\text{mV}}{100\;{^\circ}\text{C}}$
解得$\alpha=0.01\;^\circ\rm C^{-1}$。
上述实验过程中,非常强调“定值电阻$R_{1}=R_{2}$且远大于$R_{t}$和$R_{p}$”,请分析指出,为什么要保证“远大于”这一限制条件: 。
见解析
"]]若实验中没有保证$R_{1}$、$R_{2}$远大于$R_{t}$、$R_{\rm p}$,则通过$R_{1}$的电流小于通过$R_{2}$的电流,则
$U_{BC} \lt \dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}(1+\alpha t)$,$U_{DC} \gt \dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}$
导致$U_{BD} \lt \dfrac{1}{2}I_{0}R_{0}\alpha t$
则有故导致温度系数的测量值偏小。
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